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    火焰中的對(duì)流

    2024-04-29 09:09:59邵珠瑞
    百科探秘·航空航天 2024年4期
    關(guān)鍵詞:熱空氣對(duì)流蠟燭

    邵珠瑞

    我們知道,在地球上火苗是圓錐形的;而在空間站中,桂海潮點(diǎn)燃蠟燭后,火苗卻“長(zhǎng)”成了一個(gè)球形。今天我們來(lái)做一個(gè)小實(shí)驗(yàn),看看為什么地球上的火焰會(huì)往上“走”吧。

    實(shí)驗(yàn)材料

    蠟燭、竹簽、紙、筆、膠帶、點(diǎn)火器、剪刀

    操作步驟

    1在紙上畫(huà)一個(gè)圓形,在圓形外側(cè)畫(huà)出一個(gè)螺旋形狀的圖案。

    2用剪刀沿螺旋形線(xiàn)條剪開(kāi)。

    3把竹簽立起來(lái),將它和蠟燭用膠帶捆在一起。然后將螺旋形紙條的中心圖案對(duì)折一下,把紙條放在竹簽的頂端。

    4將蠟燭放在螺旋形紙條的下方,并用點(diǎn)火器點(diǎn)燃蠟燭。

    5觀(guān)察紙條是怎樣旋轉(zhuǎn)的。

    概念一點(diǎn)通

    對(duì)流現(xiàn)象

    對(duì)流是指在液體、氣體內(nèi)部,由于各部分溫度不同而造成的相對(duì)流動(dòng)。溫度不同會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)密度的變化——在重力的作用下,溫度較高的部分會(huì)由于密度較小而上升,溫度較低的部分會(huì)由于密度較大而下沉。

    在大氣中,對(duì)流現(xiàn)象非常常見(jiàn)。白天太陽(yáng)光照射大地,地表溫度相對(duì)較高,地面附近的空氣會(huì)吸收地表的熱量,溫度升高形成熱空氣,熱空氣密度較小而上升,高空的冷空氣密度大,受重力作用會(huì)下沉,就形成了大氣的對(duì)流,這也是風(fēng)的形成原理。

    在水中,也會(huì)因?yàn)闇囟炔煌a(chǎn)生對(duì)流。用水壺?zé)畷r(shí),靠近底部加熱器的水會(huì)最先吸收熱量,溫度升高,熱水密度小而上升,上部的冷水密度大而下沉至底部。下沉到底部的冷水靠近加熱器后吸收熱量,溫度升高再上升,從而形成持續(xù)不斷的循環(huán)流動(dòng)——對(duì)流,也就保證了整壺水很快就能燒開(kāi)。

    知其然,知其所以然

    想要揭秘地球上圓錐形火焰和空間站中球形火焰的原理,我們需要先來(lái)了解一個(gè)概念。

    原理揭秘

    在地球上,蠟燭燃燒時(shí)會(huì)釋放光和熱。燃燒釋放的熱量使火焰周?chē)目諝鉁囟壬?、密度減小,離火焰越近溫度越高、密度越小,離火焰越遠(yuǎn)溫度越低、密度越大。靠近火焰的熱空氣由于密度較小,則會(huì)向上運(yùn)動(dòng),而其他地方的冷空氣則因?yàn)橹亓ψ饔醚a(bǔ)充到火焰的附近。冷、熱空氣形成了對(duì)流,而向上流動(dòng)的熱空氣把火焰拉長(zhǎng)了,形成了圓錐體。所以,蠟燭只要是在地球上被點(diǎn)燃,就會(huì)受到重力的作用,產(chǎn)生對(duì)流現(xiàn)象,使火焰始終保持直立和拉長(zhǎng)狀態(tài)。

    航天員在空間站里做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),火焰仍然會(huì)加熱其周?chē)目諝?,形成密度不同的冷、熱空氣。但是由于太空中沒(méi)有重力,熱空氣即使密度降低,也不會(huì)向某一個(gè)固定方向流動(dòng),冷、熱空氣就不會(huì)出現(xiàn)對(duì)流現(xiàn)象了。此時(shí),冷、熱空氣都保持在原來(lái)的位置,火焰也就保持規(guī)則的球形,并向所有方向輻射熱量。由于沒(méi)有對(duì)流發(fā)生,火焰燃燒所需要的氧氣也就很難向火焰處流動(dòng),導(dǎo)致蠟燭的燃燒不充分,火焰很小且溫度低,并呈現(xiàn)出藍(lán)色。

    輕松答題

    廚房里排放熱空氣的油煙風(fēng)扇應(yīng)安裝

    在爐灶附近的什么位置?( )

    A. 上方。

    B. 下方。

    C. 高度相同的位置。

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